Neue Handprothese ermöglicht natürlichen Tastsinn

16.10.2014
Foto: Patient ertastet Weintrauben mit Prothese

Spezielle Elektroden können bestimmte Bereiche der Nerven stimulieren und so Teile des Tastsinns wiederherstellen; © Dale Omori/case.edu

Eine neue Prothese ermöglicht erstmals wieder einen natürlichen Tastsinn. Wissenschaftler des Louis Stokes Veterans Affairs Medical Center haben jetzt eine Möglichkeit gefunden, bei zwei Patienten langfristig realistische Tasteindrücke herzustellen. Beide verloren ihre Hände bei Arbeitsunfällen. Sie können jetzt wieder einen Wattebausch oder das Tropfen von Wasser spüren.

Das Team um Dustin Tyler legte eine Manschette mit Elektroden um die drei Hauptnerven des verbleibenden Armes. Diese Nerven würden normalerweise sensorische Informationen von der Hand an das Gehirn weiterleiten. Jede der Manschetten enthielt bis zu acht Elektroden, die einzeln bestimmte Bereiche der Nerven stimulieren konnten. Diese Elektroden waren über Kabel mit einem Gerät verbunden, welches die Stimulierung über elektrische Impulse lieferte. Dies wurde mit den Prothesen verbunden, die die Männer bereits benutzten.

Laut Tyler berichtete der erste Patient, dass er so seine Hand wieder spüren konnte. Als eine Elektrode nach der anderen aktiviert wurde, erlebte der Mann einen Tastsinn, der von seinem künstlichen Daumen und den anderen Fingern zu kommen schien. Laut Tyler gelang es den Wissenschaftlern im Laufe der Zeit, den Tastsinn auf die ganze Hand zu erweitern. Die Stimulation selbst wurde von den Patienten als Kribbeln, Kitzeln oder Pieksen beschrieben.

In einem nächsten Schritt untersuchten die Experten den Einsatz verschiedener Frequenzen und Stärken der Impulse. Frühere Studien hatten Hinweise auf die Muster geliefert, die notwendig sind, um komplexere Empfindungen hervorzurufen. Nach Tests identifizierten die Forscher eine Steuerung der Elektroden, wie sie für viele realistische Tasteindrücke wie das Berühren eines anderen Fingers, das leichte Reiben eines Wattebausches auf der Haut oder sogar das Tropfen von Wasser auf dem Handrücken erforderlich war.

Damit die Prothese sinnvoll eingesetzt werden kann, muss sie erkennen können, welche Tastempfindungen für den Träger in verschiedenen Situationen richtig sind. Das wird über Sensoren auf der Handprothese ermöglicht, die Informationen über verschiedene Aspekte der Berührung und des ausgeübten Drucks an die Elektroden weiterleiten, um damit eine korrekte Simulation der Berührung zu ermöglichen.

Bei Tests erhielten die Männer zum Beispiel eine Handvoll Kirschen. Den Stiel von den Früchten zu entfernen, erfordert eine sehr hohe Kontrolle über die Bewegungen der Hand. Ist der Druck zu leicht, fallen die Kirschen zu Boden. Ist er zu stark, werden sie zerquetscht. Ohne taktiles Feedback gelang es den Männern mit verbundenen Augen, rund 43 Prozent der Kirschen von ihren Stielen zu befreien.

93 Prozent erreichten die Männer, als diese Funktion wieder aktiviert war. Ohne verbundene Augen erhöhte sich die Erfolgsrate von 77 auf 100 Prozent. Im Verlauf der Studie verschwanden unerwartet auch die Phantomschmerzen, unter denen beiden Patienten gelitten hatten. Derzeit ist die Wiederherstellung des Tastsinns nur im Labor möglich.

MEDICA.de; Quelle: Louis Stokes Veterans Affairs Medical Center